25 MVA 中频炉整流变压器故障分析与修复

潘雪青，喻建樑，毛海东

（宝武特种冶金有限公司电炉厂，上海 200940）

0 引言

宝武特种冶金有限公司电炉厂的大功率24 脉波中频炉专用整流变压器，具有过载能力强，谐波电流少，冷却效果好等特点。在整流变压器运行期间，可利用变压器配套的各种检测手段及其他检测方法获得变压器的运行数据，从而掌握其运行状态，发现其劣化趋势和故障隐患，并采取必要的维护、改进措施，以确保其安全、稳定运行，并延长其生命周期。然而，由于变压器本身是一个密闭容器，其运行状态一般采用间接检测方式，又由于其本身的复杂性和某些故障的突发性，有些隐患和劣化状态在常规检查、检测过程中很难被及时发现，难免会发生意外故障。为了在最大程度上及时发现故障隐患，防止故障发生和扩大，在平时的工作中须按标准认真完成各项检查、检测、分析、维护工作。

1 变压器简介

该整流变压器（型号：ZSSP-25000/35）用于向40 t 中频炉晶闸管变频装置供电，额定容量25 MVA，额定电压35/1.2 kV，低压侧设计4 组三相绕组，按上下结构排列，连接组别：D/yn11/d0/d+15o/d-15o，上部为第一组绕组，接线方式见图1。变压器总重37.17 t，箱体结构为箱盖式全密封焊接和箱沿螺栓双重连接，冷却方式为OFWF（强油水冷），冷却器功率250 kW。主要技术参数见表1。

表1 变压器主要技术参数

图1 变压器绕组接线示意

2 故障描述及处理

2.1 故障发生初期的状态及处理

2021 年7 月5 日，在40 t 中频炉正常冶炼过程中，系统监控画面突然显示整流变压器重瓦斯报警、二次侧过电流报警、变压器释压阀动作报警，同时，该整流变压器高压负荷开关自动分断。随后，技术人员立即进行了初步检查，发现如下故障现象：①变压器释压继电器放油口及变压器上盖板密封处有喷油现象；②变压器2 号低压绕组对应的整流桥的两个KP型晶闸管短路烧毁（图2）；③瓦斯继电器曾触发过重瓦斯信号。

图2 KP型晶闸管短路烧毁

根据故障现象判断变压器内部存在严重故障，因此立即对变压器油进行色谱分析，分析结果：水分含量正常；H2为201.68 μL/L，CH4为67.37 μL/L，C2H6为11.71 μL/L，C2H4为167.5μL/L，C2H2为299.97 μL/L（正常值<5 μL/L），总烃为546.55 μL/L（正常值<150 μL/L），CO 为255.47 μL/L，CO2为1130.15 μL/L。根据三比值法得出初步结论：变压器内部发生过低能量放电。随后对变压器绕组进行直流电阻测量，结果为：高压绕组正常，低压绕组2 号和4 号绕组的ab 与bc、ca 相偏差较大，分别为7.2%和7.02%。

综上所述，初步判断变压器二次侧绕组存在严重故障，于是立即组织变压器出厂吊芯维修。

2.2 吊芯解体检查

经原生产厂家吊芯并局部解体检查后发现故障及异常现象如下：

（1）二次侧2#绕组a 相和b 相附近的引出铜排有明显拉弧点（图3），绕组排列及拉弧放电点位置见图4。

图3 二次侧绕组引出铜排拉弧点

图4 绕组排列及拉弧放电点位置

（2）发现2#绕组磁轭绝缘压板松动，油箱底部有一掉落的磁轭绝缘压板及其固定用的绝缘螺栓（图5）。

图5 掉落的绝缘压板及其固定用的绝缘螺栓

（3）当晚拆除变压器高、低压侧铜排后，对高、低压侧绕组进行一系列测试，耐压及直流电阻值均合格，确认绕组本身及其绝缘未损坏。

根据检测结果，决定仅对低压侧出线铜排进行处理：加装固定绝缘板、绝缘纸，以增强其绝缘性能和抗电磁力的机械强度（图6）。

图6 低压侧绕组出线铜排绝缘处理

对线圈磁轭压板进行紧固，更换已断裂的夹件紧固螺栓，变压器芯回装充油并进行滤油（滤除故障油中溶解的气体成分）及24 h 静放处理（消除充油时的气泡，为后续出厂试验做准备），并进行油样色谱测试，结果合格后回厂安装。

第二，在制定会计准则时，考虑不到不同利益集团的需要，注重基本原则的指导，同时要相应增加实施的细则，不能只依靠会计人员的经验。

3 故障之前的变压器状态管理

3.1 变压器的日常维护

该变压器于2018 年投入运行，主要的日常维护、检测工作见表2，在此次突发故障前，表2 所涉及的各项维护工作都正常进行，各项状态、数据始终处于正常范围，未发生过任何瓦斯、高温等报警。

表2 日常维护、检查工作内容

3.2 变压器周期性测试

变压器周期性测试按相关标准执行，主要工作见表3。

表3 变压器周期性测试

从该变压器投用的2018—2021 年，表3 中所涉及的测试数据都符合标准，特别是在故障发生前1 个月刚做的油色谱和油简化试验都正常（图7）。因此判断此次变压器内部铜牌拉弧应该是外部原因引起，变压器内部不存在绝缘老化现象。

图7 油液试验结果

4 故障原因分析

从深度解体观察到的故障现象及检测数据中可以判断出故障过程为：

（1）变压器低压侧2#绕组ab 相KP型晶闸管损坏短路（损坏原因可能为老化引起），造成晶闸管变频装置进线侧低压真空断路器动作，但低压真空断路器保护时间不够快速，造成变压器内部铜牌拉弧放电。

（2）KP 管瞬间损坏短路，引起电流变化率（di/dt）过大，在2#绕组a、b 相间产生极高的过电压。

（3）短路电流产生的电磁力引起低压侧2#绕组a、b 相铜排机械变形，铜排间隙变小，并在间隙最小位置放电拉弧。

（4）低压排短路放电产生气体引起重瓦斯继电器动作、释压继电器动作，并引起少量喷油。

（5）二次侧过电流、重瓦斯动作、释压动作造成高压短路器跳闸及报警。

（6）变压器内部放电故障后，引起变压器油气体成分发生相应变化，色谱测试值异常。

5 修复及改进措施

根据异常状况和查明的故障原因，经技术论证，实施如下改进措施：

（1）对低压侧铜排加装固定绝缘板并用绝缘纸包扎，以增强其绝缘性能和抗电磁力的机械强度。

（2）在变压器低压侧安装四组快速过电压、过电流保护器，保护动作时间为0.2 s。

（3）在磁轭压板支撑压圈下增加若干填充撑条，可有效减少在频繁激磁涌流冲击下的线圈振动。

（4）制定晶闸管变频电源系统维修技术标准，每半年对KP、KK 晶闸管的RC 阻容吸收保护装置进行离线检测，特别是电容量数值不符合标准的及时更换。

6 设备投用

该整流变压器整体修复工作正式结束并被安装就位。经全面检查和测试，确认各项状态数据合格后，将变压器投入生产运行，在随后1 个月的连续运行过程中，各项状态数据正常、稳定。

7 经验与教训

（1）变压器的故障，首先可以通过设备监控画面的报警提示，变压器配套的瓦斯继电器、释压阀、油温、油位等进行判断，接着可采用油样色谱检验、电气测试进一步判断故障原因。

（2）如果出现变压器内部严重事故，必须吊芯检修处理，绝不能尝试第二次通电。

（3）原因未分析清楚，不能轻易回装，防止再次故障而造成严重后果。

（4）当变压器在检测、分析过程中出现矛盾或无法解释的数据时，应委托专业检测单位作进一步检测、分析，直至全部明确。

（5）变压器内部出现放电故障后，不能仅处理故障点，应根据故障原因，对整个变压器内部可能出现类似故障的部位进行相应的改进处理，尽力杜绝今后出现类似故障。

（6）变压器低压侧出现放电故障，须同时考虑外部负载本身故障造成过电压、过电流的可能性，并对其作详细的检查。